CN112178647B - 一种节能环保型脉冲富氧燃烧处理有机固废的工艺装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种节能环保型脉冲富氧燃烧处理有机固废的工艺装置及方法，该工艺方法根据进炉的物料形状和炉温状况按照一定间隔定量加压喷入纯氧，物料既能得到充分的扰动，加强传热传质过程，同时过量氧气能使物料充分氧化燃烧，有机碳转化为二氧化碳过程中释放热量，热量由尾气带出，尾气热量经过换热器后，热量会分成三部分被利用。与现有技术相比，本发明为脉冲间接提供富氧，在保证设备不发生过度氧化造成***超负荷高温的同时，使有机物与氧气结合充分被氧化后释放热量，所产生的尾气热量经过换热后被充分利用，使进入燃烧炉的气体和物料得到加热处理，减少有机物在炉内的燃烧时间，提高***燃烧处理效率。

Description

一种节能环保型脉冲富氧燃烧处理有机固废的工艺装置及 方法

技术领域

本发明属于有机固废处理技术领域，涉及一种节能环保型脉冲富氧燃烧处理有机固废的工艺装置及方法。

背景技术

工业的高速发展主要以化石燃料的应用为基础。然而化石燃料资源在逐渐枯竭，且其过度使用也造成了环境的污染，导致人类生活质量日益下降。发展可再生能源，成为各国的研究焦点。目前水电解产生氢气，由于其生产过程中零排放、零污染等优点越来越多的额被使用，但电解过程中产生的副产品氧气的合理高效使用成为一个难点。环保产品中有机固废的燃烧需要大量的氧气来提高有机物的氧化程度，达到减少污染物排放的目的，所以将电解水过程中产生的副产物氧气与有机物燃烧处理的结合就显得十分必要。

目前常用燃烧方法有空气燃烧法、单一加氧气的燃烧法等，但是这些方法或者会发生燃烧充分性不好或者氧气使用浪费严重等问题。

中国专利201810935439.1提供了一种富氧燃烧炉及其使用方法，包括炉体、添料门等部位添加钢衬水套达到预热回用的目的。炉体内部可以根据火焰强度自动调节氧气和天然气的混合比例，使得天然气能够充分燃烧释放热能，提高燃料利用率，同时可以降低对炉体的损耗，延长炉体使用寿命等优点。但是该方法配套使用的燃烧炉的使用寿命较短。

中国专利201810860742.X提供了一种环保型燃烧炉，燃烧炉体内部设置燃烧炉，燃烧炉体下部设置天然气进气口，燃烧炉体上部左侧设置通气口，通气口上设置通气管，通气管穿过燃烧炉体内并延伸至燃烧炉内，通气管上设置鼓风机，引风管内部中段设置废气处理装置，该发明的装置在燃烧过程中，所得固体灰渣中仍含有大量有机物质，污染环境。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种节能环保型脉冲富氧燃烧处理有机固废的工艺装置及方法，以节约利用氧气，确保氧化燃烧完全，且保护炉体不会发生过热燃烧，减少炉体高温负荷，提高燃烧炉寿命。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一提供了一种节能环保型脉冲富氧燃烧处理有机固废的工艺装置，包括燃烧炉、空气供给组件、氧气供给组件、旋风分离器、第一换热器和尾气处理组件，其中，所述的空气供给组件、氧气供给组件和有机固废源分别通过空气供给管路、氧气供给管路和固废输送带连接燃烧炉上的空气进口、氧气进口和有机固废进口，所述的燃烧炉上的尾气出口还依次连接所述旋风分离器、第一换热器和尾气处理组件，所述的第一换热器上的热流体出口还引出三条预热支路，并分别预热或干燥经空气供给管路送入空气进口的空气、经氧气供给管路送入氧气进口的氧气、以及经固废输送带送入有机固废进口的有机固废。

进一步的，所述的空气供给管路、氧气供给管路和固废输送带上分别设有第二换热器、第三换热器和第四换热器，所述的第二换热器、第三换热器和第四换热器分别连接从第一换热器的热流体出口引出的三条预热支路。

更进一步的，三条预热支路上还分别设有独立控制的流量计和控制阀。

进一步的，所述的空气供给组件为风机，所述的氧气供给组件为氧气储存仓。

进一步的，所述的第三换热器为储能式换热器，所述的第四换热器为带式干燥器。带式干燥器接受来自第一换热器经预热支路送来的热量，对送入其内部的湿冷有机固废料进行加热干燥处理，处理后得到的热蒸汽则经第五换热器吸收热量后转换成冷凝水排放。

进一步的，从三条预热支路排出的热流体还分别通过循环泵返回第一换热器。

进一步的，所述的燃烧炉上还设有辅助物料进口。

进一步的，固废进料口处设置有倒锥型分布器，倒锥型分布器为耐温金属材质制成分多层分布在进料口下方，倒锥型分布器每层排布成圆形，上下层分布器之间为错列排布。倒锥型分布器长×宽×高的范围是(5cm-100cm)×(5cm-100cm)×(5cm-100cm)。

进一步的，空气进口与氧气进口处也分别布置有空气分散器和氧气分散器，对应的空气分散器和氧气分散器均为多管结构(即由若干个不同朝向的气体分布管组成)，在各个气体分布管的气体出口处设置多孔结构，以最大限度的将气体进行分散。优选的，每个气体分布管的侧壁上还均匀分布有几十至几百个孔，每个孔直径为2mm-5cm范围。

进一步的，尾气处理组件采用本领域常用的尾气处理设备即可，其用于去除尾气中可能存在的含硫氧化物和/或含氮氧化物等。

本发明的技术方案之二提供了一种节能环保型脉冲富氧燃烧处理有机固废的工艺方法，其采用如上述的节能环保型脉冲富氧燃烧处理有机固废的工艺装置实施，包括以下步骤：

(1)打开空气供给设备，往燃烧炉内通入空气，关闭燃烧炉的氧气进口，打开尾气出口，并往燃烧炉内加入助燃物料，同时，将有机固废经固废输送带送入燃烧炉内，对有机固废进行燃烧处理；

(2)燃烧炉燃烧处理有机固废过程中，当空气通入一段时间后，关闭空气进口和空气供给设备，打开氧气供给设备和氧气进口，开始脉冲富氧燃烧操作，在控制氧气的进气时间在设定时间范围内后，关闭氧气进口和氧气供给设备，切换成空气进入燃烧炉内，如此循环；

(3)燃烧炉中燃烧好的固体灰渣排出，燃烧生成的尾气在第一换热器换热后，再经尾气处理组件处理后排放掉，第一换热器收集尾气余热得到的热流体则分别经三条预热支路对进入燃烧炉的空气、氧气和有机固废进行换热处理，得到的冷流体再返回第一换热器。

进一步的，步骤(2)中，每次往燃烧炉内通入空气的时间为5-60min。

进一步的，步骤(2)中，每次往燃烧炉内通入氧气的时间为1-30min。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明在具体应用中不单独使用氧气，可将更为廉价的空气与氧气结合使用，间歇通入燃烧炉中，在保护炉体不会发生过热燃烧的同时，也减少单一氧气的使用量，降低使用成本，减少炉体高温负荷，提高燃烧炉寿命。

(2)本发明在具体使用中两个烧嘴间歇操作分别与空气和氧气燃烧，减少烧嘴由于持续使用造成的损坏，提高烧嘴的使用寿命，减少燃烧炉关键部件的故障发生。

(3)本发明将高温尾气中的热量进行回收，用于加热进入燃烧炉的气体和物料，在提高热量的利用率的同时也提高***的生产效率。

附图说明

图1为本发明的工艺方法的流程示意图；

图2为本发明的倒锥形分布器的示意图；

图3为本发明的气体分布管的示意图；

图中标记说明：

1-燃烧炉，2-风机，3-氧气储存仓，4-旋风分离器，5-第一换热器，6-尾气处理组件，7-第二换热器，8-第三换热器，9-第四换热器，10-循环泵，11-第五换热器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

以下各实施方式或实施例中，如无特别说明的功能部件或结构，则表明其均为本领域为实现对应功能的常规部件或常规结构。

本发明提供了一种节能环保型脉冲富氧燃烧处理有机固废的工艺装置，其结构参见图1所示，包括燃烧炉1、空气供给组件、氧气供给组件、旋风分离器4、第一换热器5和尾气处理组件6，其中，所述的空气供给组件、氧气供给组件和有机固废源分别通过空气供给管路、氧气供给管路和固废输送带连接燃烧炉1上的空气进口、氧气进口和有机固废进口，所述的燃烧炉1上的尾气出口还依次连接所述旋风分离器4、第一换热器5和尾气处理组件6，所述的第一换热器5上的热流体出口还引出三条预热支路，并分别预热或干燥经空气供给管路送入空气进口的空气、经氧气供给管路送入氧气进口的氧气、以及经固废输送带送入有机固废进口的有机固废。

在本发明的一种具体的实施方式中，所述的空气供给管路、氧气供给管路和固废输送带上分别设有第二换热器7、第三换热器8和第四换热器9，所述的第二换热器7、第三换热器8和第四换热器9分别连接从第一换热器5的热流体出口引出的三条预热支路。

更进一步的，三条预热支路上还分别设有独立控制的流量计和控制阀。

在本发明的一种具体的实施方式中，所述的空气供给组件为风机2，所述的氧气供给组件为氧气储存仓3。

在本发明的一种具体的实施方式中，所述的第三换热器8为储能式换热器，所述的第四换热器9为带式干燥器。带式干燥器接受来自第一换热器5经预热支路送来的热量，对送入其内部的湿冷有机固废料进行加热干燥处理，处理后得到的热蒸汽则经第五换热器11吸收热量后转换成冷凝水排放。

在本发明的一种具体的实施方式中，从三条预热支路排出的热流体还分别通过循环泵10返回第一换热器5。

在本发明的一种具体的实施方式中，所述的燃烧炉1上还设有辅助物料进口。

在本发明的一种具体的实施方式中，固废进料口处设置有倒锥型分布器，其形状参见图2所示，倒锥型分布器为耐温金属材质制成分多层分布在进料口下方，倒锥型分布器每层排布成圆形，上下层分布器之间为错列排布。倒锥型分布器长×宽×高的范围是(5cm-100cm)×(5cm-100cm)×(5cm-100cm)。

在本发明的一种具体的实施方式中，空气进口与氧气进口处也分别布置有空气分散器和氧气分散器，对应的空气分散器和氧气分散器均为多管结构(即由若干个不同朝向的气体分布管组成)，在各个气体分布管的气体出口处设置多孔结构，如图3所示，以最大限度的将气体进行分散。优选的，每个气体分布管的侧壁上还均匀分布有几十至几百个孔，每个孔直径为2mm-5cm范围。

在本发明的一种具体的实施方式中，尾气处理组件6采用本领域常用的尾气处理设备即可，其用于去除尾气中可能存在的含硫氧化物和/或含氮氧化物等。

本发明还另外提供了一种节能环保型脉冲富氧燃烧处理有机固废的工艺方法，其采用如上述的节能环保型脉冲富氧燃烧处理有机固废的工艺装置实施，包括以下步骤：

(1)打开空气供给设备，往燃烧炉1内通入空气，关闭燃烧炉1的氧气进口，打开尾气出口，并往燃烧炉1内加入助燃物料，同时，将有机固废经固废输送带送入燃烧炉1内，对有机固废进行燃烧处理；

(2)燃烧炉1燃烧处理有机固废过程中，当空气通入一段时间后，关闭空气进口和空气供给设备，打开氧气供给设备和氧气进口，开始脉冲富氧燃烧操作，在控制氧气的进气时间在设定时间范围内后，关闭氧气进口和氧气供给设备，切换成空气进入燃烧炉1内，如此循环；

(3)燃烧炉1中燃烧好的固体灰渣排出，燃烧生成的尾气在第一换热器5换热后，再经尾气处理组件6处理后排放掉，第一换热器5收集尾气余热得到的热流体则分别经三条预热支路对进入燃烧炉1的空气、氧气和有机固废进行换热处理，得到的冷流体再返回第一换热器5。

进一步的，步骤(2)中，每次往燃烧炉1内通入空气的时间为5-60min。

进一步的，步骤(2)中，每次往燃烧炉1内通入氧气的时间为1-30min。

本发明的节能环保型脉冲富氧燃烧处理有机固废的工艺装置及方法，是一种利用电解水制氢气的副产物氧气，根据进炉的物料形状和炉温状况按照一定间隔定量喷入纯氧，脉冲的高压会扰动炉内物料，加速传热传质等过程，物料燃烧中得到过量氧气后得到充分氧化，有机碳转化为二氧化碳过程中释放热量，热量由尾气带出，尾气热量经过换热器后，热量会分成三部分被利用：第一部分用来加热进炉的空气，第二部分经储能式换热器(即第三换热器8)加热不连续进入炉体的氧气，第三部分用来通过封闭的带式干燥器(即第四换热器9)加热物料，物料经过脱水升温后进入炉体。与现有技术相比，本发明为脉冲间接提供富氧，在保证设备不发生过度氧化造成***超高温超温的同时，使有机物与廉价的电解水制氢气的副产物氧气结合充分被氧化后释放热量，所产生的尾气热量经过换热后被充分利用，使进入燃烧炉1的气体和物料得到加热处理，减少有机物燃烧时间，提高***燃烧处理效率。

由于传统的炉体在燃烧时多采用鼓入空气办法进行供氧燃烧，经常由于氧气的分布不均造成局部氧气供应量不足，进而使燃烧后的物质中残留有一定量的有机物，燃烧不完全。尽管一些新型的炉体采用氧气直接供氧，但由于单一使用氧气，过量的氧气容易造成炉体温度过高的同时也造成氧气的浪费，对炉体使用寿命产生影响的同时也造成氧气资源的浪费。本发明所使用的氧气来源于电解水产生氢气的副产品氧气，价格相对低廉。且在具体操作中不仅很好利用高温尾气产生的预热对进入炉体的物料进行预热处理，而且间歇提供纯氧的方法也保证炉体温度不会过高，同时也减少氧气的用量，降低资源的浪费。并以环保领域中常见的有机固废为处理目标，达到充分使用现有廉价资源，保障炉体长期稳定运转的目的。

以上各实施方式可以任一单独实施，也可以任意两两组合或更多的组合实施。

下面结合具体实施例来对上述实施方式进行更详细的说明。

实施例1：

本实施例提供了一种节能环保型脉冲富氧燃烧处理有机固废的工艺装置，其结构参见图1所示，包括燃烧炉1、空气供给组件、氧气供给组件、旋风分离器4、第一换热器5和尾气处理组件6，其中，所述的空气供给组件、氧气供给组件和有机固废源分别通过空气供给管路、氧气供给管路和固废输送带连接燃烧炉1上的空气进口、氧气进口和有机固废进口，所述的燃烧炉1上的尾气出口还依次连接所述旋风分离器4、第一换热器5和尾气处理组件6，所述的第一换热器5上的热流体出口还引出三条预热支路，并分别预热或干燥经空气供给管路送入空气进口的空气、经氧气供给管路送入氧气进口的氧气、以及经固废输送带送入有机固废进口的有机固废。

请再参见图1所示，所述的空气供给管路、氧气供给管路和固废输送带上分别设有第二换热器7、第三换热器8和第四换热器9，所述的第二换热器7、第三换热器8和第四换热器9分别连接从第一换热器5的热流体出口引出的三条预热支路。

请再参见图1所示，空气供给管路、氧气供给管路，以及三条预热支路上还分别设有独立控制的流量计和控制阀。

本实施例中，所述的空气供给组件为风机2，所述的氧气供给组件为氧气储存仓3。

所述的第三换热器8为储能式换热器，所述的第四换热器9为带式干燥器。带式干燥器接受来自第一换热器5经预热支路送来的热量，对送入其内部的湿冷有机固废料进行加热干燥处理，处理后得到的热蒸汽则经第五换热器11吸收热量后转换成冷凝水排放。从三条预热支路排出的热流体还分别通过循环泵10返回第一换热器5。所述的燃烧炉1上还设有辅助物料进口。

本实施例中，燃烧炉1中设置的倒锥型分布器采用耐温金属材质制成，其分多层分布在固废进料口下方，倒锥型分布器每层排布成圆形，上下层分布器之间为错列排布。倒锥型分布器长×宽×高的范围是5cm×5cm×5cm。

空气进口与氧气进口处也分别布置有空气分散器和氧气分散器，对应的空气分散器和氧气分散器均为多管结构(即由若干个不同朝向的气体分布管组成)，在各个气体分布管的气体出口处设置多孔结构，如图3所示，以最大限度的将气体进行分散。每个气体分布管的侧壁上还均匀分布10个孔，每个孔直径为5mm。

尾气处理组件6采用本领域常用的尾气处理设备即可，其用于去除尾气中可能存在的含硫氧化物和/或含氮氧化物等。

利用上述***进行生产，采用有效容积为2m³的燃烧炉1对有机物含量为90％的罐底油泥进行燃烧试验，并检测燃烧效果，具体包括以下步骤：

(1)打开空气供给设备，往燃烧炉1内通入空气，关闭燃烧炉1的氧气进口，打开尾气出口，并通过辅助物料进口往燃烧炉1内加入助燃物料，同时，将有机固废经固废输送带送入燃烧炉1内，对有机固废进行燃烧处理；

(2)燃烧炉1燃烧处理有机固废过程中，当空气通入30min后，关闭空气进口和空气供给设备，打开氧气供给设备和氧气进口，开始脉冲富氧燃烧操作，在控制氧气的进气时间在5min后，关闭氧气进口和氧气供给设备，切换成空气进入燃烧炉1内，如此循环；

(3)燃烧炉1中燃烧好的固体灰渣排出，燃烧生成的尾气在旋风分离器4处除去粉尘，然后送去第一换热器5换热，再经尾气处理组件6处理后排放掉，第一换热器5收集尾气余热得到的热流体则分别经三条预热支路对进入燃烧炉1的空气、氧气和有机固废进行换热处理，得到的冷流体(即冷却水)再经循环泵10泵回第一换热器5继续吸收尾气的热量，三条预热支路中分别带有对应独立控制的控制阀与流量计；

(4)上述过程可实现连续不间断生产操作。

对上述燃烧过程中所产生的炉底灰渣和除尘器收集的飞灰中的碳含量进行测试分析，两种固体灰渣从外观看均为白灰色，未发现胶粘物质，检测炉底灰渣中含碳量为0.0003％，而飞灰含碳量略高为0.007％。该含碳量大小远低于沸腾炉在纯空气燃烧情况所得灰渣和飞灰的含碳量大小。

(5)燃烧炉的炉温监测方面，在工艺进行过程中，燃烧炉的炉温在富氧阶段处于高温状态其温度约为600℃与纯氧燃烧工艺大体相同，而在其余时间炉温为450℃低于富氧状态下炉温。从炉体使用寿命来看，长时间纯氧燃烧造成炉体持续高温，会造成金属设备的高温蠕变，降低设备的使用寿命。而间歇式高温则可以大大降低金属设备高温蠕变的风险，延长炉体的使用寿命。

实施例2：

与实施例1相比，绝大部分都相同，除了部分区别如下：

燃烧炉1中的倒锥型分布器为45号碳钢材质制成，分5层分布在进料口下方，倒锥型分布器每层排布成圆形，上下层分布器之间为错列排布。倒锥型分布器长×宽×高是40cm×40cm×40cm。

空气分散装置与氧气分散装置为多管结构，在管子的气体出口处设置多孔结构，分散管周围均匀分布500个孔，每个孔直径为2mm。

利用上述***进行生产，采用有效容积为2m³的沸腾炉对有机物含量为90％的罐底油泥进行燃烧试验，并检测燃烧效果。且具体处理过程中，每次通入空气燃烧处理的时间为60min，通入氧气处理的时间为10min。

对上述燃烧过程中所产生的炉底灰渣和除尘器收集的飞灰中的碳含量进行测试分析，两种固体灰渣从外观看均为白灰色，未发现胶粘物质，检测炉底灰渣中含碳量为0.0005％，而飞灰含碳量略高为0.008％。该含碳量大小仍然远低于沸腾炉在纯空气燃烧情况所得灰渣和飞灰的含碳量大小。

燃烧炉的炉温监测方面，在工艺进行过程中，燃烧炉的炉温在富氧阶段处于高温状态其温度约为640℃该温度与纯氧燃烧相同，而在其余时间炉温为510℃低于富氧状态下炉温。从炉体使用寿命来看，长时间纯氧燃烧造成炉体持续高温，会造成金属设备的高温蠕变，降低设备的使用寿命。而间歇式高温则可以大大降低金属设备高温蠕变的风险，延长炉体的使用寿命。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种节能环保型脉冲富氧燃烧处理有机固废的工艺方法，其基于节能环保型脉冲富氧燃烧处理有机固废的工艺装置实施，其特征在于，该工艺装置包括燃烧炉、空气供给组件、氧气供给组件、旋风分离器、第一换热器和尾气处理组件，其中，所述的空气供给组件、氧气供给组件和有机固废源分别通过空气供给管路、氧气供给管路和固废输送带连接燃烧炉上的空气进口、氧气进口和有机固废进口，所述的燃烧炉上的尾气出口还依次连接所述旋风分离器、第一换热器和尾气处理组件，所述的第一换热器上的热流体出口还引出三条预热支路，并分别预热或干燥经空气供给管路送入空气进口的空气、经氧气供给管路送入氧气进口的氧气、以及经固废输送带送入有机固废进口的有机固废；

该工艺方法包括以下步骤：

(1)打开空气供给设备，往燃烧炉内通入空气，关闭燃烧炉的氧气进口，打开尾气出口，并往燃烧炉内加入助燃物料，同时，将有机固废经固废输送带送入燃烧炉内，对有机固废进行燃烧处理；

(2)燃烧炉燃烧处理有机固废过程中，当空气通入一段时间后，关闭空气进口和空气供给设备，打开氧气供给设备和氧气进口，开始脉冲富氧燃烧操作，在控制氧气的进气时间在设定时间范围内后，关闭氧气进口和氧气供给设备，切换成空气进入燃烧炉内，如此循环；

(3)燃烧炉中燃烧好的固体灰渣排出，燃烧生成的尾气在第一换热器换热后，再经尾气处理组件处理后排放掉，第一换热器收集尾气余热得到的热流体则分别经三条预热支路对进入燃烧炉的空气、氧气和有机固废进行换热处理，得到的冷流体再返回第一换热器；

步骤(2)中，每次往燃烧炉内通入空气的时间为5-60min；

步骤(2)中，每次往燃烧炉内通入氧气的时间为1-30min。

2.根据权利要求1所述的一种节能环保型脉冲富氧燃烧处理有机固废的工艺方法，其特征在于，所述的空气供给管路、氧气供给管路和固废输送带上分别设有第二换热器、第三换热器和第四换热器，所述的第二换热器、第三换热器和第四换热器分别连接从第一换热器的热流体出口引出的三条预热支路。

3.根据权利要求2所述的一种节能环保型脉冲富氧燃烧处理有机固废的工艺方法，其特征在于，三条预热支路上还分别设有独立控制的流量计和控制阀。

4.根据权利要求1所述的一种节能环保型脉冲富氧燃烧处理有机固废的工艺方法，其特征在于，所述的空气供给组件为风机，所述的氧气供给组件为氧气储存仓。

5.根据权利要求2 所述的一种节能环保型脉冲富氧燃烧处理有机固废的工艺方法，其特征在于，所述的第三换热器为储能式换热器，所述的第四换热器为带式干燥器。

6.根据权利要求1所述的一种节能环保型脉冲富氧燃烧处理有机固废的工艺方法，其特征在于，从三条预热支路排出的热流体还分别通过循环泵返回第一换热器。

7.根据权利要求1所述的一种节能环保型脉冲富氧燃烧处理有机固废的工艺方法，其特征在于，所述的燃烧炉上还设有辅助物料进口。

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